KR102142350B1 - 형상 가변 복합재 및 이의 제조방법 - Google Patents
형상 가변 복합재 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102142350B1 KR102142350B1 KR1020190156157A KR20190156157A KR102142350B1 KR 102142350 B1 KR102142350 B1 KR 102142350B1 KR 1020190156157 A KR1020190156157 A KR 1020190156157A KR 20190156157 A KR20190156157 A KR 20190156157A KR 102142350 B1 KR102142350 B1 KR 102142350B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- shape
- variable
- heat transfer
- resin
- transfer layer
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 87
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 90
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 65
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 47
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 47
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 36
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 31
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 21
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 19
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 12
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 12
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 12
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 11
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 10
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 10
- ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N silicon tetrafluoride Chemical compound F[Si](F)(F)F ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 claims description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 claims description 6
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 claims description 6
- 229910000743 fusible alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920005559 polyacrylic rubber Polymers 0.000 claims description 6
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 claims description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 5
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 5
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 claims description 5
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 5
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 5
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 4
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 4
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 6
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 139
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 9
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 9
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 8
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 7
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 6
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 6
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 6
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 5
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 5
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 5
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 description 4
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)-N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C(=O)NCCC(N1CC2=C(CC1)NN=N2)=O VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000013464 silicone adhesive Substances 0.000 description 3
- ORTVZLZNOYNASJ-UPHRSURJSA-N (z)-but-2-ene-1,4-diol Chemical compound OC\C=C/CO ORTVZLZNOYNASJ-UPHRSURJSA-N 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 2
- IMROMDMJAWUWLK-UHFFFAOYSA-N Ethenol Chemical compound OC=C IMROMDMJAWUWLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000978 Pb alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000872198 Serjania polyphylla Species 0.000 description 2
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 229920005839 ecoflex® Polymers 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 244000043261 Hevea brasiliensis Species 0.000 description 1
- 239000004944 Liquid Silicone Rubber Substances 0.000 description 1
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910000939 field's metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229920003052 natural elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229920001194 natural rubber Polymers 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229920003051 synthetic elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- 239000005061 synthetic rubber Substances 0.000 description 1
- 238000001029 thermal curing Methods 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/68—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
- B29C70/84—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks by moulding material on preformed parts to be joined
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/68—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
- B29C70/681—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C70/682—Preformed parts characterised by their structure, e.g. form
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
- H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
외부 전기 자극에 의하여 독특한 형상 변형이 가능하고, 이러한 형상 변형이 가역적이고 반복적인 패턴으로 가능하므로, 기계적 강도 및 에너지 전환 능력 등의 측면에서 광범위한 활용성을 가질 수 있는 복합재로서, 복수의 관통공을 포함하는 기재를 포함하고, 상기 복수의 관통공 중 적어도 하나의 관통공이 형상 가변 관통공이고, 상기 형상 가변 관통공은 이의 내측면에 배치된 상변환층 및 상기 상변환층의 내측면에 배치된 전열층을 포함하는 형상 가변 복합재를 제공한다. 또한, 단순한 공정으로 복잡한 구조의 복합재를 제조하는 효율적인 방법으로서 상기 형상 가변 복합재의 제조방법을 제공한다.
Description
소정의 외부 자극에 의하여 형상 변형이 가능하고, 특징적인 형상 변화 메커니즘을 구현하는 복합재와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 과학 기술의 발전과 더불어 다양한 소재에 대한 필요성이 증대되고 있다. 이러한 다양한 소재 중에서 일반적인 물질의 운동 특성과는 상이한 운동 특성을 나타내는 물질을 메타물질로 정의할 수 있다. 메타물질(Metamaterial)은 아직 자연에서 발견되지 않은 특성을 가지도록 설계된 물질이다. 메타물질은 플라스틱과 금속 같은 일반적인 물질로부터 형성된 복합 요소의 집합체로 구성될 수 있다. 이 물질은 보통 반복적인 패턴으로 배열되어 있다. 일반적으로, 메타물질의 특성은 기본 물질의 특성보다도 그들의 구조에 의해 생긴다. 메타물질의 정확한 모양, 기하학적 구조, 크기, 방향 그리고 배열이 메타물질의 특성을 결정한다. 적절히 디자인된 메타물질은 전자기파 혹은 소리에 물체가 관측되지 않게 하는 형식으로 간섭할 수 있다. 특정 파장에서 음의 굴절률을 갖는 메타물질의 특징은 많은 실험을 유발했다. 이러한 물질들은 또한 음의 굴절률의 메타물질(negative index metamaterial)로 알려져 있다. 메타물질이 적용될 수 있는 분야는 매우 다양하며 항공우주산업, 센서 감지와 사회기반시설의 모니터링, 스마트 태양에너지 관리, 군중통제, 레이돔, 전쟁시의 고주파 통신, 고이득 안테나의 렌즈, 초음파센서의 개선, 지진피해 방지 건물 등의 매우 다양한 분야에 적용될 수 있다. 메타물질은 수퍼렌즈의 제작 가능성을 열어주기도 한다. 그 렌즈는 주어진 파장에서 얻어질 수 있는 최소 해상도의 회절 한계 이하로 이미징 할 수 있도록 해 준다. 보이지 않음의 특성은 계층적 굴절률(gradient-index)을 갖는 물질을 사용함으로써 나타날 수 있다. 메타물질 연구는 학제 간의 활동이며 그러한 연구분야는 전자공학, 전자기학, 고전 광학, 마이크로파/안테나 공학, 양자전기학, 물질과학, 나노 과학, 반도체공학 등의 다양한 분야와 관련되어 있다.
일 구현예는 외부 전기 자극에 의하여 형상 변형이 가능하고, 이러한 형상 변형이 가역적으로 반복 동작 가능한 복합재로서, 기계적 강도, 굴곡 특성, 에너지 흡수/전환 능력 등의 측면에서 독자적인 패턴을 구현하는 형상 가변 복합재를 제공하고자 한다.
다른 구현예는 상기 형상 가변 복합재의 효과적인 제조 방법으로서, 상대적으로 단순한 방법으로 복잡한 구조의 복합재를 제조하는 효율적인 수단을 제공하고자 한다.
일 구현예에서, 복수의 관통공을 포함하는 기재를 포함하고, 상기 복수의 관통공 중 적어도 하나의 관통공이 형상 가변 관통공이고, 상기 형상 가변 관통공은 이의 내측면에 배치된 상변환층; 및 상기 상변환층의 내측면에 배치된 전열층을 포함하는 형상 가변 복합재를 제공한다.
다른 구현예에서, 복수의 기둥형 부재를 내장할 수 있는 몰드를 준비하는 단계; 상기 복수의 기둥형 부재는 제1 기둥형 부재 및 제2 기둥형 부재를 포함하고, 상기 제1 기둥형 부재의 표면에 전열층을 형성하는 단계; 상기 전열층의 표면에 상변환층을 형성하는 단계; 상기 몰드에 상기 복수의 기둥형 부재를 내장하는 단계; 상기 몰드에 기재 형성용 조성물을 주입한 후 경화하는 단계; 및 상기 복수의 기둥형 부재와 상기 몰드를 제거하는 단계를 포함하는 형상 가변 복합재의 제조방법을 제공한다.
상기 형상 가변 복합재는 외부 전기 자극에 의하여 독특한 형상 변형이 가능하고, 이러한 형상 변형이 가역적이고 반복적인 패턴으로 가능하므로, 기계적 강도 및 에너지 전환 능력 등의 측면에서 광범위한 활용성을 가질 수 있다.
상기 형상 가변 복합재의 제조방법은 상기 형상 가변 복합재를 제조하기 위한 효과적인 제조 방법으로서, 단순한 공정으로 복잡한 구조의 복합재를 제조하는 효율적인 수단이 될 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 형상 가변 복합재와 이의 형상 가변 관통공을 나타낸 개략도이다.
도 2는 일 구현예에 따른 관통공의 개략도이다.
도 3은 일 구현예에 따른 형상 가변 관통공의 개략도이다.
도 4는 일 구현예에 따른 상기 형상 가변 복합재의 형태 변형 과정의 동작도를 도시한 것이다.
도 5는 상기 형상 가변 관통공의 위치 영역이 도 4의 경우와 다르게 설계된 다양한 경우의 형상 가변 복합재의 사진을 게재한 것이다.
도 6은 실시예 1 내지 4의 형상 가변 복합재에 있어서 절연층이 전기적으로 연결된 영역을 도시한 것이다.
도 7은 실시예 1 내지 4의 형상 가변 복합재 각각이 활성 상태를 거쳐 제2 비활성 상태에서 고상화된 사진을 도시한 것이다.
도 8은 실험예 2의 결과 그래프를 도시한 것이다.
도 9는 실험예 3의 결과 그래프 등을 도시한 것이다.
도 10은 실험예 4의 결과 그래프 등을 도시한 것이다.
도 11은 실험예 5의 결과 그래프를 도시한 것이다.
도 2는 일 구현예에 따른 관통공의 개략도이다.
도 3은 일 구현예에 따른 형상 가변 관통공의 개략도이다.
도 4는 일 구현예에 따른 상기 형상 가변 복합재의 형태 변형 과정의 동작도를 도시한 것이다.
도 5는 상기 형상 가변 관통공의 위치 영역이 도 4의 경우와 다르게 설계된 다양한 경우의 형상 가변 복합재의 사진을 게재한 것이다.
도 6은 실시예 1 내지 4의 형상 가변 복합재에 있어서 절연층이 전기적으로 연결된 영역을 도시한 것이다.
도 7은 실시예 1 내지 4의 형상 가변 복합재 각각이 활성 상태를 거쳐 제2 비활성 상태에서 고상화된 사진을 도시한 것이다.
도 8은 실험예 2의 결과 그래프를 도시한 것이다.
도 9는 실험예 3의 결과 그래프 등을 도시한 것이다.
도 10은 실험예 4의 결과 그래프 등을 도시한 것이다.
도 11은 실험예 5의 결과 그래프를 도시한 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 실시예들에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 실시예는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 예시에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역은 명확한 설명을 위하여 일부 확대되거나 과장되어 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하였다.
본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 '상에', '위에'또는 '상부에' 위치 또는 배치된다고 할 때, 이는 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 층, 막, 영역, 판 등이 존재하는 경우도 포함하는 것으로 이해된다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분의 '바로 위에' 위치 또는 배치된다고 할 때, 이는 중간에 다른 부분이 없는 것으로 이해된다.
일 구현예에 따른 형상 가변 복합재에 대하여 도 1 내지 5를 참고하여 설명한다. 도 1은 일 구현예에 따른 형상 가변 복합재와 이의 형상 가변 관통공을 나타낸 개략도이고, 도 2는 일 구현예에 따른 관통공의 개략도이며, 도 3은 일 구현예에 따른 형상 가변 관통공의 개략도이다. 도 4는 일 구현예에 따른 상기 형상 가변 복합재의 형태 변형 과정의 동작도를 도시한 것이고, 도 5는 상기 형상 가변 관통공의 위치 영역이 도 4의 경우와 다르게 설계된 다양한 경우의 형상 가변 복합재의 사진을 게재한 것이다.
도 1을 참조할 때, 일 구현예에 따른 형상 가변 복합재(100)는 복수의 관통공(10)을 포함하는 기재(101)를 포함하고, 상기 복수의 관통공(10) 중 적어도 하나의 관통공이 형상 가변 관통공(20)이고, 상기 형상 가변 관통공(20)은 이의 내측면에 배치된 상변환층(102) 및 상기 상변환층(102)의 내측면에 배치된 전열층(103)을 포함한다.
수지 또는 금속 등의 일반적인 물질로 이루어진 요소들의 집함체인 복합재는 기계적 강도, 굴곡 특성, 에너지 흡수/전환 능력 등의 확보를 목적으로 다양한 형태로 개발되어 다양한 기술 분야에 적용되고 있다. 본 구현예에 따른 상기 형상 가변 복합재는 기계적 강도, 외부 자극에 대한 형태 변형 등에 있어서 독자적인 특징을 구현하는 것으로서 광범위한 분야에 응용될 수 있다.
상기 기재(101)는 복수의 관통공(10)을 포함한다. 상기 복수의 관통공(10) 중 적어도 하나 이상은 외부 자극에 대한 형태의 변형이 가능한 형상 가변 관통공(20)이며, 상기 형상 가변 관통공(20)의 개수, 위치 등은 상기 형상 가변 복합재(100)의 목적 용도와 요구되는 형태 변형 결과에 따라 설계될 수 있다. 상기 복수의 관통공(10) 중 상기 형상 가변 관통공(20)을 제외한 관통공(10)은 비활성 관통공(미도시)으로 정의된다. 상기 비활성 관통공은 상기 형상 가변 관통공(20)의 형태 변형을 위한 외부 자극에 대해 형태가 변화하지 않는 관통공을 의미한다.
일 구현예에서, 상기 비활성 관통공은 상기 형상 가변 관통공(20)과 같이 상기 전열층(103) 및 상기 상변환층(102)을 포함하지만, 상기 전열층(103)에 전기적으로 전압이 인가되지 않는 전기적 단절 구조에 의하여 형태 변화가 나타나지 않는 관통공으로 기능할 수 있다.
상기 관통공(10)의 관통 단면의 형상은 원형, 타원형, 다각형 등 다양할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 관통공(10)의 형상은 원형 또는 타원형일 수 있다. 상기 관통공(10)의 관통 단면 형상이 원형 또는 타원형일 수 있고, 그 직경은 약 0.5mm 내지 약 5mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.5mm 내지 약 2mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.5mm 내지 약 1.5mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.5mm 내지 약 1.0mm일 수 있다.
도 2는 일 구현예에 따른 형상 가변 관통공(10)을 도시한 것이다. 도 2를 참조할 때, 상기 관통공(10)의 형상이 타원형일 수 있고, 구체적으로 장경(L) 및 단경(S)의 비로 정의되는 종횡비(L/S)가 1 초과, 1.5 이하인 타원형일 수 있다. 상기 장경(L) 및 상기 단경(S)은 각각 타원형의 장축(Major axis) 길이 및 단축(Minor axis) 길이를 의미하는 것으로, 상기 종횡비(L/S)를 만족하는 범위 내에서, 각각이 약 0.5mm 내지 약 5mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.5mm 내지 약 2mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.5mm 내지 약 1.5mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.5mm 내지 약 1.0mm일 수 있다.
상기 복수의 관통공은 불규칙 배열 또는 규칙 배열을 가질 수 있다. 일 구현예에서, 상기 복수의 관통공은 규칙적인 배열을 가질 수 있다. 인접한 임의의 두 관통공의 중심 간의 거리는 상기 관통공의 크기의 약 100% 초과, 약 300% 이하일 수 있고, 예를 들어, 약 100% 초과, 약 150% 미만일 수 있다. 상기 관통공의 크기는 상기 관통공의 형상이 원형인 경우에는 그 직경을 의미하고, 타원형인 경우에는 그 장경 또는 단경을 의미하며, 다각형인 경우에는 최장 직경을 의미한다. 도 2는 일례로 상기 복수의 관통공(10)이 타원형인 경우를 나타낸 것이고, 상기 복수의 관통공(10) 중 인접한 임의의 두 관통공(10)의 장축 길이 방향 중심 간 거리(d)는 상기 관통공(10)의 장경(L)의 약 100% 초과, 약 300(%) 이하일 수 있다.
상기 기재는 상기 형상 가변 복합재(100)의 기본 골격을 이루는 것으로서, 일 구현예에서, 상기 기재는 열경화성 수지이다. 예를 들어, 상기 기재는 실리콘 수지, 폴리디메틸실록산(PDMS, Polydimetylsiloxane) 수지, 에폭시 수지, 테플론(Teflon) 수지, 불화실리콘(FKM) 수지, 폴리아크릴 고무(Polyacrylic rubber) 수지, 나일론(Nylon) 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 기재는 기공률(Porosity)이 30% 내지 70%일 수 있고, 예를 들어, 30% 내지 50%일 수 있고, 예를 들어, 30% 내지 45%일 수 있다. 상기 기공률은 상기 기재 중의 복수의 관통공들에 의해 결정되는 것으로서, 일 평면에서 하기 식 1에 의해 계산될 수 있다. 상기 기공률의 범위를 갖는 기재를 활용함으로써 형상 가변 복합재가 지지 강성 및 형태 변형 기능을 동시에 일정 수준 이상으로 구현할 수 있다.
[식 1]
기공률(%) = 전체 관통공의 면적/전체 평면의 면적 X 100
상기 형상 가변 관통공(20)은 이의 내측면에 배치된 상변환층(102) 및 상기 상변환층(102)의 내측면에 배치된 전열층(103)을 포함한다. 상기 상변환층(102)은 소정의 온도에서 고상에서 액상으로 상-전이되는 성분을 포함하며, 상기 전열층(103)은 전기적 인가에 의해 저항열(Joule heating)을 발생시키는 층이다. 상기 전열층(103)에 의해 발생되는 저항열에 의해 상기 상변환층(102)의 상-전이가 일어난다.
상기 상변환층(102)은 상기 전열층(103)에 인가된 전기에 의한 저항열(Joule Heating)에 의해 고상에서 액상으로 변환되는 층이다. 상기 상변환층(102)은 고체 상태에서는 상기 형상 가변 관통공(20)에 구조적인 지지 강성을 부여하며, 상-전이에 의하여 액체 상태로 변화한 경우에는 상기 형상 가변 관통공(20)의 형상이 변화할 수 있는 유동성을 부여한다. 구체적으로, 상기 상변환층의 상-전이에 의하여 고상이 액상으로 전환되는 경우, 상기 형상 가변 관통공(20)의 내측면이 유동성을 갖게 되어 형상이 변화할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 상변환층의 녹는점이 약 40℃ 내지 약 250℃일 수 있고, 예를 들어, 약 40℃ 내지 약 200℃일 수 있고, 예를 들어, 약 40℃ 내지 약 180℃일 수 있고, 예를 들어, 약 40℃ 내지 120℃일 수 있고, 예를 들어, 약 40℃ 내지 약 100℃일 수 있고, 예를 들어, 약 40℃ 내지 약 80℃일 수 있다. 상기 범위의 녹는점을 갖는 상변환층을 통하여 상기 전열층에 대한 전압 인가에 의하여 상기 형상 가변 관통공의 형상 변형 조절이 용이할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 상변환층은 저융점합금(LMPA, Low Melting Ponit Alloy)을 포함할 수 있다. 상기 저융점합금은 235℃ 미만의 녹는점을 갖는 합금으로서, 예를 들어, 비스무트(Bi), 주석(Sn), 납(Pb), 인듐(In) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 합금일 수 있다. 상기 상변환층이 저융점합금을 포함하는 경우 상-전이 전에 상기 형상 가변 복합재에 구조적 지지 강성을 부여하기 유리하며, 상기 전열층에 발생된 저항열에 의해 적절한 상-전이가 일어날 수 있고, 이를 통해 상기 형상 가변 관통공이 적절한 수준으로 변형될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 상변환층의 두께는 상기 형상 가변 관통공의 크기의 약 3% 내지 약 10%일 수 있고, 예를 들어, 약 3% 내지 약 8%일 수 있고, 예를 들어, 약 3% 내지 약 6%일 수 있다. 상기 상변환층은 상기 형상 가변 관통공의 내측면 상에 배치되는 것으로서, 관통공의 전체 크기 대비 지나치게 두꺼울 경우 형상 변형을 위한 내부 빈 공간이 지나치게 좁아져 상기 상변환층의 상-전이에 의한 관통공의 형태 변형이 어려울 수 있고, 지나치게 얇을 경우 형상 가변 복합재의 지지 강성이 저하되고 한 번의 형태 변형 후에 가역적으로 반복적인 형태 변형을 유도하기 어려울 수 있다.
도 3은 일 구현예에 따른, 상기 형상 가변 관통공(20)을 도시한 것이다. 일 구현예에서, 상기 형상 가변 관통공(20)의 형상은 타원형이고, 상기 상변환층(102)의 두께(d1)는 상기 형상 가변 관통공(20)의 장경(L)의 약 3% 내지 약 10%, 예를 들어, 약 3% 내지 약 8%, 예를 들어, 약 3% 내지 약 6%일 수 있다.
상기 형상 가변 관통공(20)은 상기 전열층(103)에 전기를 인가하였을 때 발생하는 저항열에 의하여 형태가 변화한다. 상기 형상 가변 관통공(20)의 변형은 가역적 변화일 수 있다. 도 4는 일 구현예에 따른 상기 형상 가변 복합재(100)의 형태 변형 과정의 동작도를 도시한 것이다. 도 4를 참조할 때, 일 구현예에서, (a) 상기 복수의 관통공(10) 및 상기 형상 가변 관통공(20)의 형상은 전압 인가 전(OFF 상태) 모두 원형 또는 타원형으로 고정될 상태일 수 있다. 상기 복합재의 이러한 상태를 제1 비활성 상태로 지칭할 수 있다. (b) 상기 제1 비활성 상태의 복합재에 대하여 각 형상 가변 관통공의 상기 전열층(103)에 전압이 인가(ON 상태)된 경우, 소정의 압축력에 의하여 상기 형상 가변 관통공(20)의 형상은 장경(L)과 단경(S)의 비로 정의되는 종횡비(L/S)가 커지는 방향으로 변형될 수 있다. 상기 복합재의 이러한 상태를 활성 상태로 지칭할 수 있다. (c) 이어서, 상기 활성 상태의 복합재의 전열층에 전압 인가가 중단(OFF 상태)된 경우, 상기 형상 가변 관통공(20)은 변형된 상태로 고정될 수 있다. 상기 복합재의 이러한 상태를 제2 비활성 상태로 지칭할 수 있다. 이어서, 상기 제2 비활성 상태의 복합재는 후속적인 전압 인가에 의하여 상기 도 4 (b)의 활성 상태를 거쳐 (a)의 제1 비활성 상태로 가역적인 변화가 가능할 수 있다. 이러한 가역적 형태 변화는 동일 수준으로 반복 구현될 수 있다.
도 4는 상기 복수의 관통공(10) 중에서 중앙 영역의 일부분 (3 X 7 영역)이 형상 가변 관통공(20)인 경우를 예시적으로 도시한 것이다. 도 5는 상기 형상 가변 관통공(20)의 위치 영역이 도 4의 경우와 다르게 설계된 다양한 경우의 형상 가변 복합재를 나타낸 것이다. 도 5의 (a) 내지 (c)는 왼쪽부터 순차적으로 제1 비활성 상태, 활성 상태 및 제2 비활성 상태의 사진을 게재한 것으로, 상기 (a)는 상기 복수의 관통공(10)이 모두 형상 가변 관통공(20)에 해당하는 경우의 사진을 도시한 것이고, 도 5의 (b) 및 (c)는 상기 복수의 관통공(10) 중 단부 일부 영역이 형상 가변 관통공(20)에 해당하는 경우의 사진을 도시한 것이다. 도 5의 (a) 내지 (c)와 같은 경우에도 상기 하나 이상의 형상 가변 관통공(20)의 형상 변화는 제1 비활성 상태에서 활성 상태를 거쳐 제2 비활성 상태까지, 도 4에서 설명된 바와 동일한 원리로, 가역적이고 반복적으로 수행될 수 있다.
상기 전열층(103)은 전류에 의하여 저항열을 발생시키는 층으로서 상기 상변환층(102)의 상-전이를 위한 에너지를 발생시키는 층이다. 일 구현예에서, 상기 전열층(10)은 수지 및 전도성 입자를 포함한다.
상기 수지는 실리콘 수지, 에폭시 수지, 테플론(Teflon) 수지, 불화실리콘(FKM) 수지, 폴리디메틸실록산(PDMS, Polydimethylsiloxane) 수지, 폴리아크릴 고무(Polyacrylic rubber) 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 이러한 종류의 엘라스토머성 수지를 적용함으로써 상기 전열층(103)은 층간 계면 박리 없이 상기 상변환층(102)의 상-전이에 의해 유도된 형태 변형에 순응할 수 있고, 상기 전도성 입자의 우수한 분산성을 확보할 수 있다.
상기 전도성 입자는 카본블랙, 탄소나노튜브, 전도성 금속 입자, 전도성 섬유 펠릿, 철(Fe) 입자, 은(Ag) 입자, 금(Au) 입자, 구리(Cu) 입자, 알루미늄(Al) 입자, 백금(Pt) 입자, 니켈(Ni) 입자, 텅스텐(W) 입자, 아연(Zn) 입자, 그래핀(Graphene) 소재, 흑연, 산화아연(ZnO) 입자, 산화주석(SnO2) 입자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 전도성 입자의 크기는 약 100nm 내지 약 100㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 100nm 내지 약 50㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 100nm 내지 약 20㎛일 수 있다. 상기 전도성 입자는 상기 수지 내에 분산된 구조로서, 상기 크기 범위를 갖는 경우 우수한 분산성을 나타낼 수 있고, 그 결과, 상기 전열층(103)에 균일한 저항열이 발생되어 하나 이상의 형상 가변 관통공(20)이 균일한 형상 변화를 나타낼 수 있다.
일 구현예에서, 상기 전열층(103)는 상기 수지로서 실리콘 고무 수지를 포함하고, 상기 전도성 입자로서 카본블랙을 포함할 수 있다. 상기 실리콘 고무 수지와 카본블랙은 상호 우수한 분산성을 구현할 수 있고, 이를 적용하여 상기 전열층(103)이 상기 상변환층(102)과 우수한 계면 부착성을 확보할 수 있다.
상기 전열층(103)은 내장 전선(113)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 전열층(103)은 내장된 2개의 전선(113)을 포함할 수 있다. 이로써 하나 이상의 상기 형상 가변 관통공(20)을 전기적으로 개별 조절 가능할 수 있고, 형태 변형도 독립적으로 이루어질 수 있다.
상기 전선(113)은 도체로서 구리, 알루미늄, 납, 구리 합금, 알루미늄 합금, 납 합금 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일 구현예에서, 상기 전선(113)은 납 또는 납 합금을 포함할 수 있다.
상기 전선은, 선택적으로, 상기 도체를 피복하는 절연체로서 천연 고무, 합성 고무, 합성 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 전열층(103)은 상기 수지 100 중량부에 대하여, 상기 전도성 입자를 약 1중량부 내지 약 10중량부, 예를 들어, 약 4중량부 내지 약 10중량부, 예를 들어, 약 6중량부 내지 약 10중량부 포함할 수 있다. 이와 같은 함량의 전도성 입자를 사용함으로써 상기 전열층(103)에 적정 수준의 저항열이 발생할 수 있고, 상기 상변환층(102)이 목적하는 수준의 형태 변환을 위한 유동성을 갖게될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 하나 이상의 형상 가변 관통공(20)은 이중 인접한 2 이상의 관통공(20)끼리 각각의 전열층(103)에 내장된 전선이 연결된 상태일 수 있다. 즉, 상기 전열층(103)의 내장 전선들이 서로 연결되어 이를 포함하는 복수의 형상 가변 관통공(20)들이 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 구조를 통하여, 한 번의 전압 인가에 의해 전기적으로 연결된 복수의 형상 가변 관통공(20)의 형상이 동시에 가역적으로 변형될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 전열층의 두께는 상기 형상 가변 관통공의 크기의 약 3% 내지 약 10%일 수 있고, 예를 들어, 약 4% 내지 약 10%일 수 있고, 예를 들어, 약 5% 내지 약 10%일 수 있고, 예를 들어, 약 6% 내지 약 10%일 수 있다. 상기 전열층은 상기 형상 가변 관통공의 내측면 상에 배치되는 것으로서, 관통공의 전체 크기 대비 지나치게 두꺼울 경우 형상 변형을 위한 내부 빈 공간이 지나치게 좁아져 관통공의 형태 변형이 어려울 수 있고, 지나치게 얇을 경우 전선을 내장 배치하기 어려우며 형태 변형 후에 가역적으로 반복적인 형태 변형을 유도하기 어려울 수 있다.
도 3을 참조할 때, 상기 형상 가변 관통공(20)은 타원형일 수 있고, 상기 전열층(103)의 두께(d2)는 상기 관통공의 장경(L) 기준 약 3% 내지 약 10%일 수 있고, 예를 들어, 약 4% 내지 약 10%일 수 있고, 예를 들어, 약 5% 내지 약 10%일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 형상 가변 복합재를 일 방향으로 초기 길이(Xi) 대비 83%의 최종 길이(Xf)가 될 때까지 압축하는 경우 상기 형상 가변 관통공의 하기 식 1의 값이 음(-)의 값을 가질 수 있다.
[식 1]
상기 식 1에서, Xi은 상기 일 방향으로의 초기 길이이고, Xf는 상기 일 방향으로의 최종 길이이며, 상기 Yi는 상기 일 방향에 수직한 방향으로의 초기 길이이고, 상기 Yf는 상기 일 방향에 수직한 방향으로의 최종 길이이다.
상기 형상 가변 복합재는 통상적인 다른 복합 재료와 달리 일 방향의 인장 또는 압축에 대하여 상기 일 방향과 수직한 방향의 인장 또는 압축의 동일 경향성을 나타낸다. 통상적인 탄성 재료는 일 방향으로 인장력을 작용하는 경우 상기 일 방향과 수직한 방향으로는 수축 특성을 나타내고, 일 방향으로 압축력을 작용하는 경우 상기 일 방향과 수직한 방향으로는 인장 특성을 나타낸다. 상기 형상 가변 복합재는 소정의 임계점 이하의 힘에 대해서는 통상적인 복합 재료와 동일한 경향성을 가지나, 전술한 바와 같은 임계점을 넘어서는 경우 통상적인 물질의 특성과 달리 일 방향으로 인장력을 작용하는 경우 상기 일 방향과 수직한 방향으로도 인장 특성을 나타내고, 일 방향으로 압축력을 작용하는 경우 상기 일 방향과 수직한 방향으로도 수축 특성을 나타낼 수 있다. 이를 통해, 상기 형상 가변 복합재는 다양한 용도에 활용 가능한 이점을 갖는다.
다른 구현예에서, 복수의 기둥형 부재를 내장할 수 있는 몰드를 준비하는 단계; 상기 복수의 기둥형 부재는 제1 기둥형 부재 및 제2 기둥형 부재를 포함하고, 상기 제1 기둥형 부재의 표면에 전열층을 형성하는 단계; 상기 전열층의 표면에 상변환층을 형성하는 단계; 상기 몰드에 상기 복수의 기둥형 부재를 내장하는 단계; 상기 몰드에 기재 형성용 조성물을 주입한 후 경화하는 단계; 및 상기 복수의 기둥형 부재와 상기 몰드를 제거하는 단계를 포함하는, 형상 가변 복합재의 제조방법을 제공한다.
상기 형상 가변 복합재의 제조방법을 통하여, 도 1에 도시된 바와 같은, 상기 형상 가변 복합재(100)를 제조할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 제조방법으로 제조된 형상 가변 복합재(100)는 복수의 관통공(10)을 포함하는 기재(101)를 포함하고, 상기 복수의 관통공(10) 중 적어도 하나의 관통공이 형상 가변 관통공(20)이고, 상기 형상 가변 관통공(20)은 이의 내측면에 배치된 상변환층(102); 및 상기 상변환층의 내측면에 배치된 전열층(103)을 포함한다. 상기 관통공(10), 형상 가변 관통공(20), 기재(101), 상변환층(102) 및 전열층(103) 등에 관한 사항은 상기 형상 가변 복합재(100)에 관하여 전술한 바와 같다.
상기 몰드 및 기둥형 부재는 3D 프린팅 공법으로 제조될 수 있다. 일 구현예에서, 상기 몰드 및 복수의 기둥형 부재는 수용성 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 몰드 및 복수의 기둥형 부재는 각각 독립적으로 폴리비닐알콜(PVA, Polyvinylalcohol) 수지, 부텐다이올 비닐알콜(BVOH, Butene-diol vinyl alcohol), 폴리아크릴 산 (PAA, Polyacrylic acid), 폴리아크릴 아미드 (PAM, Polyacryl amid), 폴리에틸렌 글리콜 (PEG, Polyethylene glycol), 폴리비닐 피롤리돈 (PVP, Polyvinyl pyrrolidone), 폴리에틸렌 옥사이드 (PEO, Polyethylene oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 기둥형 부재는 상기 형상 가변 복합재(100)의 관통공(10) 및 형상 가변 관통공(20)을 제조하기 위한 것으로서, 상기 제1 기둥형 부재는 상기 형상 가변 관통공(20)을 제조하기 위한 것이고, 상기 제2 기둥형 부재는 상기 형상 가변 관통공(20) 이외의 관통공, 즉 상기 비활성 관통공(30)을 제조하기 위한 것이다. 상기 복수의 기둥형 부재는 최종적으로 제조하고자 하는 형상 가변 복합재의 관통공의 개수에 상응하는 수만큼 준비될 수 있다.
상기 복수의 기둥형 부재의 크기 및 형상은 목적하는 관통공의 형상에 따라 적절히 설계될 수 있다. 목적하는 관통공의 형상이 원형, 타원형 또는 다각형인 경우, 상기 기둥형 부재의 형상은 각각 원기둥, 타원기둥 또는 다각기둥일 수 있다. 일 구현예에서, 상기 기둥형 부재는 원기등 또는 타원기둥일 수 있고, 상기 기둥형 부재의 높이 방향에 수직한 단면의 직경이 약 0.5mm 내지 약 5mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.5mm 내지 약 2mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.5mm 내지 약 1.5mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.5mm 내지 약 1.0mm일 수 있다. 상기 기둥형 부재의 단면 형상은 원형 또는 타원형일 수 있고, 장경(L) 및 단경(S)의 비로 정의되는 종횡비(L/S)가 1 초과, 1.5 이하인 타원형일 수 있다.
상기 제1 기둥형 부재의 표면에 전열층을 형성하는 단계는, 전열층 형성용 조성물을 준비하는 단계; 상기 전열층 형성용 조성물로 박막을 형성하는 단계;상기 박막을 경화시키는 단계; 및 상기 박막으로 상기 제1 기둥형 부재의 표면을 감싸는 단계를 포함할 수 있다. 상기 전열층 형성용 조성물은 수지 및 전도성 입자를 포함할 수 있다. 상기 수지 및 전도성 입자에 관한 사항은 상기 전열층(103)에 관하여 전술한 바와 같다.
상기 전열층 형성용 조성물로 제조된 박막은 선택적으로, 상기 제1 기둥형 부재의 표면을 감싸기 전에 예비 경화될 수 있다. 상기 예비 경화는 약 50℃ 내지 약 120℃, 예를 들어, 약 50℃ 내지 약 100℃, 예를 들어, 약 50℃ 내지 약 90℃에서 약 1분 내지 약 10분, 예를 들어, 약 1분 내지 약 8분, 예를 들어, 약 1분 내지 약 6분 동안 수행될 수 있다.
상기 전열층 형성용 조성물로 박막을 형성하는 단계는, 상기 박막 내에 내장된 전선을 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 전선에 관한 사항은 상기 형상 가변 복합재(100)에 관하여 전술한 바와 같다.
상기 박막으로 상기 제1 기둥형 부재의 표면을 감싸는 단계는 선택적으로 상기 제1 기둥형 부재의 표면에 접착제를 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 접착제는 실리콘 접착제를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 박막을 경화시키는 단계는, 상기 제1 기둥형 부재의 표면에 감싸진 상기 박막을 고정시키기 위한 전처리 단계로서, 약 50℃ 내지 약 120℃, 예를 들어, 약 50℃ 내지 약 100℃, 예를 들어, 약 50℃ 내지 약 90℃에서 약 1분 내지 약 10분, 예를 들어, 약 1분 내지 약 8분, 예를 들어, 약 1분 내지 약 6분 동안 수행될 수 있다.
상기 전열층의 표면에 상변환층을 형성하는 단계는, 상변환층 형성용 조성물을 준비하는 단계; 상기 상변환층 형성용 조성물로부터 중공 기둥형 예비-상변환층을 제조하는 단계; 및 상기 예비-상변환층을 상기 전열층 표면에 결합하여 상변환층을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 상변환층 형성용 조성물은 액상의 저융점합금(LMPA, Low Melting Ponit Alloy)을 포함할 수 있다. 상기 저융점합금은 예를 들어, 비스무트(Bi), 주석(Sn), 납(Pb), 인듐(In) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 합금일 수 있다. 상기 상변환층 형성용 조성물은 고상의 저융점합금을 용융시켜 제조될 수 있다.
상기 중공 기둥형 예비-상변환층을 제조하는 단계는, 중공 기둥형 예비-몰드를 준비하는 단계; 및 상기 상변환층 형성용 조성물을 상기 중공 기둥형 예비-몰드에 주입하여 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 중공 기둥형 예비-몰드는 수용성 수지를 3D 프린팅하여 제조될 수 있다. 상기 수용성 수지는 폴리비닐알콜(PVA, Polyvinylalcohol) 수지, 부텐다이올 비닐알콜(BVOH, Butene-diol vinyl alcohol), 폴리아크릴 산 (PAA, Polyacrylic acid), 폴리아크릴 아미드 (PAM, Polyacryl amid), 폴리에틸렌 글리콜 (PEG, Polyethylene glycol), 폴리비닐 피롤리돈 (PVP, Polyvinyl pyrrolidone), 폴리에틸렌 옥사이드 (PEO, Polyethylene oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 중공 기둥형 예비-몰드의 크기 및 형상은 목적하는 형상 가변 관통공의 형상에 따라 적절히 설계될 수 있다. 목적하는 형상 가변 관통공의 형상이 원형, 타원형 또는 다각형인 경우, 상기 중공 기둥형 예비-몰드의 형상은 각각 중공 원기둥, 중공 타원기둥 또는 중공 다각기둥일 수 있다. 일 구현예에서, 상기 중공 기둥형 예비-몰드는 중공 원기등 또는 중공 타원기둥일 수 있고, 상기 중공 기둥형 예비-몰드의 높이 방향에 수직한 단면의 외경이 약 0.5mm 내지 약 5mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.5mm 내지 약 2mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.5mm 내지 약 1.5mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.5mm 내지 약 1.0mm일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 중공 기둥형 예비-몰드의 높이 방향에 수직한 단면의 외경은 표면에 전열층이 형상된 상기 기둥형 부재의 총 직경보다 클 수 있다.
일 구현예에서, 상기 중공 기둥형 예비-몰드의 높이 방향에 수직한 단면 형상은 원형 또는 타원형일 수 있고, 예를 들어, 장경(L) 및 단경(S)의 비로 정의되는 종횡비(L/S)가 1 초과, 1.5 이하인 타원형일 수 있다.
상기 중공 기둥형 예비-몰드에 주입된 상변환층 형성용 조성물의 경화는 약 20℃ 내지 약 40℃, 예를 들어, 약 20℃ 내지 약 35℃, 예를 들어, 약 20℃ 내지 약 30℃에서 약 1분 내지 약 20분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 15분 동안 수행될 수 있다.
상기 예비-상변환층을 상기 전열층 표면에 결합하여 상변환층을 형성하는 단계는, 상기 중공 기둥형 예비-상변환층의 내측면에 접착제를 도포하고, 상기 접착제가 도포된 내측면이 상기 전열층의 표면과 맞닿도록 결합함으로써 수행될 수 있다. 상기 접착제는 실리콘 접착제를 포함할 수 있다.
상기 제조방법은 상기 몰드에 상기 복수의 기둥형 부재를 내장하는 단계를 포함한다. 상기 복수의 기둥형 부재는 그 표면에 전열층이 형성되고, 상기 전열층의 표면에 상변환층이 형성된 것으로서, 상기 몰드 내 소정의 위치에 배치될 수 있다.
상기 제조방법은 상기 복수의 기둥형 부재가 장착된 몰드에 기재 형성용 조성물을 주입한 후 경화하는 단계를 포함한다. 상기 기재 형성용 조성물을 주입 및 경화되어 상기 형상 가변 복합재의 바탕재가 제조될 수 있다.
상기 기재 형성용 조성물은 실리콘 수지, 폴리디메틸실록산(PDMS, Polydimetylsiloxane) 수지, 에폭시 수지, 테플론(Teflon) 수지, 불화실리콘(FKM) 수지, 폴리아크릴 고무(Polyacrylic rubber) 수지, 나일론(Nylon) 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 기재 형성용 조성물이 주입된 몰드는 약 50℃ 내지 약 120℃, 예를 들어, 약 50℃ 내지 약 100℃, 예를 들어, 약 50℃ 내지 약 90℃에서 약 30분 내지 약 120분, 예를 들어, 약 30분 내지 약 90분, 예를 들어, 약 40분 내지 약 80분 동안 수행될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 기재 형성용 조성물이 주입된 몰드를 경화하기 전, 선택적으로, 탈기(degassing) 공정을 더 수행할 수 있다. 상기 탈기 공정은 진공 챔버(vacuum chamber)에 보관함으로써 수행될 수 있다. 상기 탈기 공정이 수행되는 경우, 불필요한 보이드(void) 없이 균질한 형상 가변 복합재를 제조할 수 있다.
상기 형상 가변 관통공(20)을 제조하기 위한 제1 기둥형 부재와, 상기 비활성 관통공(30)을 제조하기 위한 제2 기둥형 부재, 그리고 몰드는 상기 바탕재의 형성 이후에 제거될 수 있다. 상기 복수의 기둥형 부재와 상기 몰드를 제거하는 단계는 최종 경화물을 수중 챔버(water chamber)에 침지시키는 방법으로 수행될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
<제조예>
제조예 1: 기둥형 부재 및 몰드의 제조
설계 프로그램(3ds Max program)을 이용하여 장경(major axis), 단경(minor axis) 및 높이(height)가 각각 0.88mm, 0.8mm 및 60mm인 타원기둥형 부재를 설계하였다. 동일한 설계 프로그램을 이용하여 상기 타원기둥형 부재가 내장될 수 있는 몰드로서 가로, 세로 및 높이가 각각 104mm, 104mm 및 60mm인 몰드를 설계하였다. 상기 몰드는 바닥면에 7 X 7 구조로 상기 타원기둥형 부재가 규칙 배열될 수 있는 홈을 갖도록 설계되었다. 상기 홈의 깊이는 20mm가 되도록 설계되었다. 3D 프린터(Ultimaker2)를 이용하여 폴리비닐알콜(PVA) 필라멘트 원료로부터 상기 타원기둥형 부재 49개와 상기 몰드를 제조하였다.
제조예 2: 전열층 형성용 박막의 제조
실리콘 고무 수지(Ecoflex 00-30, Smooth-on Inc.)와 카본블랙(Super P, Alfa Aesar)를 혼합하되, 카본 블랙 및 실리콘 수지 총 중량 100 중량부에 대하여, 상기 카본 블랙 9 중량부를 혼합하여 전열층 형성용 조성물을 제조하였다. 5 가닥의 전도성 납을 꼬아 제조된 전선을 준비하였다.
상기 전열층 형성용 조성물을 알루미늄 호일(foil) 상에 0.25mm 두께로 도포하고, 도포된 조성물 상에 2개의 상기 전선을 서로 13mm 이격되도록 배치하고, 상기 전열층 형성용 조성물을 그 상부에 총 0.6mm 두께가 되도록 도포하여 상기 전선을 내장시켰다. 이어서, 80℃의 핫-플레이트(hot-plate)에서 5분 동안 처리하여 전열층 형성용 박막을 제조하였다. 상기 전열층 형성용 박막을 가로 및 세로가 각각 34mm 및 30mm가 되도록 재단하였다.
제조예 3: 예비-상변환층의 제조
설계 프로그램(3ds Max Program)을 이용하여, 중공 기둥형 예비-몰드를 설계하였다. 폴리비닐알콜(PVA) 수지를 원료로 하여 3D 프린터(Ultimaker2)를 이용해 상기 중공 기둥형 예비-몰드를 프린트하였다.
고상의 저융점합금(LMPA)으로서 비스무트(Bi), 주석(Sn) 및 인듐(In)을 포함하는 Field's Metal(Bonton144, Bolton社)를 준비하였다. 상기 저융점합금을 130℃에서 30분 동안 열처리하여 용융시켜 액상의 저융점합금을 얻었고, 이를 상기 중공 기둥형 예비-몰드에 주입 후 상온에서 10분 동안 경화시켰다. 수중 챔버(water chamber)에서 상기 예비-몰드를 제거하여 내경을 기준으로 장경(major axis) 1.04mm, 단경(minor axis) 0.96mm, 두께 0.4mm, 높이 15mm인 중공 타원기둥형 예비-상변환층을 제조하였다.
<실시예>
실시예 1
상기 제조예 1에서 제조된 49개의 기둥형 부재에 대하여, 각각의 기둥형 부재를 상기 제조예 2의 전열층 형성용 박막을 감싸고 80℃의 핫-플레이트에서 5분 동안 열처리하여 전열층을 제조하였다. 상기 전열층의 표면 및 상기 제조예 3에서 제조된 중공 타원기둥형 예비-상변환층의 내측면에 각각 실리콘 접착제를 도포하고, 상기 전열층의 표면에 상기 예비-상변환층의 내측면이 맞닿도록 이들을 결합하여 상기 전열층 표면에 상변환층을 제조하였다. 상기 49개의 기둥형 부재를 상기 제조예 1의 몰드의 소정의 위치에 배치하여 7 X 7의 규칙 배열을 갖도록 하였다. 액상의 실리콘 고무 수지(Ecoflex 00-30)을 상기 몰드에 주입하여 채우고 진공 챔버(vacuum chamber) 내에서 탈기한 후 65℃ 핫-플레이트에서 4시간 동안 열경화하였다. 이어서, 최종 경화물을 수중 챔버(water chamber)에 침지하여 PVA 재질의 기둥형 부재 및 몰드를 제거하였다.
상기 49개의 복수의 관통공 중에서 도 6의 (a)와 같이 중앙의 3 X 7의 영역에 해당하는 관통공들이 서로 전기적으로 연결되도록 각각의 전열층 중의 2개의 내장 전선을, 하나는 수평 방향으로, 다른 하나는 수직 방향으로 연결하여 최종적으로 폭(W1), 길이(L1) 및 두께(D)가 96mm, 96mm 및 35mm인 형상 가변 복합재를 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에 있어서, 상기 49개의 복수의 관통공 중에서 도 6의 (b)와 같이 단부의 3 X 3 위치에 해당하는 관통공들이 서로 전기적으로 연결되도록 각각의 전열층 중의 2개의 내장 전선을, 하나는 수평 방향으로, 다른 하나는 수직 방향으로 연결한 것을 제외하고, 동일한 방법으로 동일 크기의 형상 가변 복합재를 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에 있어서, 상기 49개의 복수의 관통공 중에서 도 6의 (c)와 같이 단부의 4 X 7 위치에 해당하는 관통공들이 서로 전기적으로 연결되도록 각각의 전열층 중의 2개의 내장 전선을, 하나는 수평 방향으로, 다른 하나는 수직 방향으로 연결한 것을 제외하고, 동일한 방법으로 동일 크기의 형상 가변 복합재를 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1에 있어서, 상기 49개의 복수의 관통공들이 모두 도 6의 (d)와 같이 서로 전기적으로 연결되도록 각각의 전열층 중의 2개의 내장 전선을, 하나는 수평 방향으로, 다른 하나는 수직 방향으로 연결한 것을 제외하고, 동일한 방법으로 동일 크기의 형상 가변 복합재를 제조하였다.
<평가>
실험예 1: 형상 가변 관통공 위치에 따른 형태 변화
1-1. 제1 비활성 상태에서 활성 상태로의 변화
상기 실시예 1 내지 4의 형상 가변 복합재에 대하여, 각각 전열층이 연결된 소정의 위치 (실시예 1: 중앙의 3 X 7 영역, 실시예 2: 단부의 3 X 3 영역, 실시예 3: 단부의 4 X 7 영역, 실시예 4: 7 X 7 전체 영역)에 전력 제공 장치(Tektronix, PWS2326)를 이용하여 전압을 인가하였다. 이후, 상하 방향의 압축력을 가하여 각각의 형상 가변 관통공의 형상을 변화시켰다.
1-2. 활성 상태에서 제2 비활성 상태로의 변화
상기 실시예 1 내지 4의 형상 가변 복합재에 대하여, 상기 실험예 1-1.에서 활성 상태로 변화된 후 전력 공급을 중단하였다. 이어서, 압축력을 유지한 상태에서 각각의 형상 가변 복합재를 약 7℃ 내지 10℃의 수중에 3분 동안 침지하여 형상 고정을 가속화하였다. 그 결과, 상기 실험예 1-1.의 활성 상태의 형상 그대로 고상화(rigidify)되어 제2 비활성 상태가 형성되었다.
1-3. 제2 비활성 상태에서 제1 비활성 상태로의 변화
상기 실험예 1-2.에서 완성된 제2 비활성 상태를 갖는 형상 가변 관통공 각각에 대하여, 상기 실험예 1-1.과 동일한 전력 공급 장치를 이용해 다시 전압을 인가하였다. 그 결과, 각각의 전열층에 저항열이 다시 발생하였고, 상기 제2 비활성 상태의 형상 가변 복합재는 활성 상태를 거쳐 제1 비활성 상태로 회복되었다.
도 4는 대표적으로, 상기 실시예 1의 형상 가변 복합재에 대하여, 제1 비활성 상태(a)로부터 전열층의 저항열과 압축력에 의해 형성된 활성 상태(b)를 거쳐, 저항열의 제거에 의해 고정된 형상의 제2 비활성 상태(c) 및 제1 비활성 상태(a)로의 회복 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7의 (a) 내지 (d)는 상기 실시예 1 내지 4의 형상 가변 복합재 각각이 활성 상태를 거쳐 제2 비활성 상태에서 고상화된 사진을 도시한 것이다.
실험예 2: 전열층의 카본블랙 함량에 따른 전도성
상기 제조예 2와 동일한 방법으로 전열층 형성용 박막을 제조하되, 카본블랙의 함량을 카본블랙과 실리콘 고무 수지 총 중량 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부로 변화시키면서 가로 X 세로 X 두께가 34mm X 30mm X 0.6mm인 박막을 제조하였다. 이러한 10개의 전열층 박막 샘플에 각각에 대하여 전기 전도성(S/m)을 측정하여 그 변화 그래프를 도 8에 도시하였다. 이를 참조할 때, 상기 전열층이 상기 실리콘 고무 수지 100 중량부에 대하여 4 중량부 이상의 카본블랙을 함유하는 경우, 전기 전도성이 10-5 S/m 이상으로서 상기 상변환층의 상-전이를 통하여 형상 가변 관통공을 활성화시킬 수 있는 유의미한 저항열의 발생이 가능한 것을 확인할 수 있었다. 상기 전열층이 상기 실리콘 고무 수지 100 중량부에 대하여 6 중량부 이상의 카본블랙을 함유하는 경우 전기전도성이 10-1 S/m 이상, 102 S/m 이하로서 이러한 전기적 특성을 갖는 전열층을 함유하는 형상 가변 관통공이 우수한 형태 변환 성능을 구현함을 확인할 수 있었다.
실험예 3: 전기적 연결 구조에 의한 저항 변화
상기 49개의 복수의 관통공 중에서 도 9에 도시된 바와 같이 전열층의 전선의 연결 구조를 순차적으로 증가시키면서 전체적인 저항을 측정하였다. 상기 형상 가변 관통공 하나의 저항은 약 1.3 kΩ으로 나타나는 반면, 상기 전열층이 전기적인 연결 구조가 증가할수록 저항이 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 4: 형상 가변 관통공의 개별적 조절 가부
도 10은 상기 복수의 형상 가변 관통공에 대하여 600초 동안 25V의 전압을 인가하여 하나의 관통공을 활성화시켰을 경우, 인접한 관통공들에 열이 확산되는 정도를 온도계(Thermometer)를 이용하여 측정한 것이다. 도 10을 참조할 때, 상기 활성화된 관통공(Activated hole)의 주변에 인접한 관통공(1, 2, 3, 4)들의 경우, 가장 인접한 관통공(1)에도 열-확산이 거의 이루어지지 않는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 복수의 형상 가변 관통공들은 전기적인 연결 구조를 조절하여 개별적인 동작이 가능한 것을 확인하였다.
실험예 5: 전압에 따른 열적 특성
상기 실시예 1의 형상 가변 복합재에 대하여 전압 인가 및 중단 사이클을 3회 반복하면서 형상 가변 관통공 중 어느 하나의 관통공의 전열층의 온도를 온도계(Thermometer)를 이용하여 측정하였다. 인가되는 전압을 10V, 15V, 20V, 22.5V, 25V 변화시키면서 측정하였고, 각 전압은 400초 동안 인가된 후 400초 중단되는 패턴으로 인가되었다. 그 결과는 도 11에 도시된 바와 같다. 도 11에 도시된 바와 같이 전압이 20V를 초과하는 경우, 구체적으로, 22.5V를 초과하는 경우 상기 상변환층의 녹는점(60℃) 이상의 저항열이 발생하는 것을 확인할 수 있었고, 이로써 가역적인 형태 변환이 가능함을 확인할 수 있었다.
상기 실험예 1 내지 5를 참조할 때, 일 구현예에 따른 상기 실시예 1 내지 4의 형상 가변 복합재는 소정의 적층 구조를 내측면에 가지는 형상 가변 관통공과 이를 개별적으로 동작시킬 수 있는 시스템을 통하여 기계적 강도, 굴곡 특성, 에너지 흡수/전환 능력 등의 확보 측면에서 독자적인 특징을 구현하는 것으로서, 다양한 기술 분야의 다양한 목적으로 활용 가능할 수 있다.
100: 형상 가변 복합재
101: 기재
102: 상변환층
103: 전열층
113: 전선
10: 관통공
20: 형상 가변 관통공
L1: 형상가변 복합재의 길이
W1: 형상 가변 복합재의 폭
D: 형상 가변 복합재의 두께
L: 장경
S: 단경
d1: 상변환층의 두께
d2: 전열층의 두께
101: 기재
102: 상변환층
103: 전열층
113: 전선
10: 관통공
20: 형상 가변 관통공
L1: 형상가변 복합재의 길이
W1: 형상 가변 복합재의 폭
D: 형상 가변 복합재의 두께
L: 장경
S: 단경
d1: 상변환층의 두께
d2: 전열층의 두께
Claims (14)
- 복수의 관통공을 포함하는 기재를 포함하고,
상기 복수의 관통공 중 적어도 하나의 관통공이 형상 가변 관통공이고,
상기 형상 가변 관통공은 이의 내측면에 배치된 상변환층; 및
상기 상변환층의 내측면에 배치된 전열층을 포함하는,
형상 가변 복합재.
- 제1항에 있어서,
상기 전열층은 내장 전선을 포함하는,
형상 가변 복합재.
- 제1항에 있어서,
복수의 관통공은 주기적인 배열을 갖는,
형상 가변 복합재.
- 제1항에 있어서,
상기 기재는 실리콘 수지, 폴리디메틸실록산(PDMS, Polydimetylsiloxane) 수지, 에폭시 수지, 테플론(Teflon) 수지, 불화실리콘(FKM) 수지, 폴리아크릴 고무(Polyacrylic rubber) 수지, 나일론(Nylon) 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는,
형상 가변 복합재.
- 제1항에 있어서,
상기 상변환층은 상기 전열층에 인가된 전기에 의한 저항열(Joule Heating)에 의해 고상에서 액상으로 변환되는,
형상 가변 복합재.
- 제1항에 있어서,
상기 상변환층의 녹는점이 40℃ 내지 250℃인
형상 가변 복합재.
- 제1항에 있어서,
상기 상변환층은 저융점합금(LMPA, Low Melting Ponit Alloy)을 포함하고,
상기 저융점합금은 비스무트(Bi), 주석(Sn), 납(Pb), 인듐(In) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 합금인,
형상 가변 복합재.
- 제1항에 있어서,
상기 전열층은 수지 및 전도성 입자를 포함하는,
형상 가변 복합재.
- 제8항에 있어서,
상기 수지는 실리콘 수지, 에폭시 수지, 테플론(Teflon) 수지, 불화실리콘(FKM) 수지, 폴리디메틸실록산(PDMS, Polydimethylsiloxane) 수지, 폴리아크릴 고무(Polyacrylic rubber) 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는,
형상 가변 복합재.
- 제8항에 있어서,
상기 전도성 입자는 카본블랙, 탄소나노튜브, 전도성 금속 입자, 전도성 섬유 펠릿, 철(Fe) 입자, 은(Ag) 입자, 금(Au) 입자, 구리(Cu) 입자, 알루미늄(Al) 입자, 백금(Pt) 입자, 니켈(Ni) 입자, 텅스텐(W) 입자, 아연(Zn) 입자, 그래핀(Graphene) 소재, 흑연, 산화아연(ZnO) 입자, 산화주석(SnO2) 입자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는,
형상 가변 복합재.
- 제8항에 있어서,
상기 전열층은 상기 수지 및 상기 전도성 입자의 총 중량 100 중량부에 대하여 상기 전도성 입자를 1중량부 내지 10중량부 포함하는,
형상 가변 복합재.
- 복수의 기둥형 부재를 내장할 수 있는 몰드를 준비하는 단계;
상기 복수의 기둥형 부재는 제1 기둥형 부재 및 제2 기둥형 부재를 포함하고,
상기 제1 기둥형 부재의 표면에 전열층을 형성하는 단계;
상기 전열층의 표면에 상변환층을 형성하는 단계;
상기 몰드에 상기 복수의 기둥형 부재를 내장하는 단계;
상기 몰드에 기재 형성용 조성물을 주입한 후 경화하는 단계; 및
상기 복수의 기둥형 부재와 상기 몰드를 제거하는 단계를 포함하는,
형상 가변 복합재의 제조방법.
- 제12항에 있어서,
상기 제1 기둥형 부재의 표면에 전열층을 형성하는 단계는,
전열층 형성용 조성물을 준비하는 단계;
상기 전열층 형성용 조성물로 박막을 형성하는 단계;
상기 박막을 경화시키는 단계; 및
상기 박막으로 상기 제1 기둥형 부재의 표면을 감싸는 단계;를 포함하는,
형상 가변 복합재의 제조방법.
- 제12항에 있어서,
상기 전열층의 표면에 상변환층을 형성하는 단계는,
상변환층 형성용 조성물을 준비하는 단계;
상기 상변환층 형성용 조성물로부터 중공 기둥형 예비-상변환층을 제조하는 단계; 및
상기 예비-상변환층을 상기 전열층 표면에 결합하여 상변환층을 제조하는 단계를 포함하는,
형상 가변 복합재의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190156157A KR102142350B1 (ko) | 2019-11-28 | 2019-11-28 | 형상 가변 복합재 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190156157A KR102142350B1 (ko) | 2019-11-28 | 2019-11-28 | 형상 가변 복합재 및 이의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102142350B1 true KR102142350B1 (ko) | 2020-08-07 |
Family
ID=72049778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190156157A KR102142350B1 (ko) | 2019-11-28 | 2019-11-28 | 형상 가변 복합재 및 이의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102142350B1 (ko) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010151355A (ja) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Sony Corp | 熱輸送デバイス及び電子機器 |
| JP2011518060A (ja) * | 2008-04-18 | 2011-06-23 | マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー | 不規則表面のウェッジインプリントパターニング |
| KR20130007690A (ko) * | 2011-06-27 | 2013-01-21 | 한국전자통신연구원 | 메타물질 구조체 및 그의 제조방법 |
| US20130344391A1 (en) * | 2012-06-18 | 2013-12-26 | Sila Nanotechnologies Inc. | Multi-shell structures and fabrication methods for battery active materials with expansion properties |
| JP2014070871A (ja) * | 2012-10-02 | 2014-04-21 | Fujikura Ltd | ループ型ヒートパイプ |
| JP2018144414A (ja) * | 2017-03-08 | 2018-09-20 | 株式会社リコー | 立体造形物の製造方法、立体造形用組成物、立体造形用材料セット及び立体造形物の製造装置 |
-
2019
- 2019-11-28 KR KR1020190156157A patent/KR102142350B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011518060A (ja) * | 2008-04-18 | 2011-06-23 | マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー | 不規則表面のウェッジインプリントパターニング |
| JP2010151355A (ja) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Sony Corp | 熱輸送デバイス及び電子機器 |
| KR20130007690A (ko) * | 2011-06-27 | 2013-01-21 | 한국전자통신연구원 | 메타물질 구조체 및 그의 제조방법 |
| US20130344391A1 (en) * | 2012-06-18 | 2013-12-26 | Sila Nanotechnologies Inc. | Multi-shell structures and fabrication methods for battery active materials with expansion properties |
| JP2014070871A (ja) * | 2012-10-02 | 2014-04-21 | Fujikura Ltd | ループ型ヒートパイプ |
| JP2018144414A (ja) * | 2017-03-08 | 2018-09-20 | 株式会社リコー | 立体造形物の製造方法、立体造形用組成物、立体造形用材料セット及び立体造形物の製造装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zheng et al. | Conductance-stable liquid metal sheath-core microfibers for stretchy smart fabrics and self-powered sensing | |
| Zhang et al. | Current advances and future perspectives of additive manufacturing for functional polymeric materials and devices | |
| US9947431B2 (en) | Anisotropic films templated using ultrasonic focusing | |
| Yi et al. | MXene-reinforced liquid metal/polymer fibers via interface engineering for wearable multifunctional textiles | |
| Zhao et al. | Recent advancements in flexible and stretchable electrodes for electromechanical sensors: strategies, materials, and features | |
| JP5539837B2 (ja) | 電歪複合構造体及びアクチュエータ | |
| CN101913130B (zh) | 电致动夹持器 | |
| US8841588B2 (en) | Heater | |
| Hu et al. | Substrateless welding of self-assembled silver nanowires at air/water interface | |
| CN110146200A (zh) | 液态金属基柔性结构单元的制备方法及应力传感器 | |
| JP5878283B2 (ja) | 一体型センサアセンブリ及びその形成方法 | |
| KR20170097681A (ko) | 3d 메카트로닉 오브젝트의 적층적 제조를 위한 방법 | |
| Xue et al. | Wearable and visual pressure sensors based on Zn 2 GeO 4@ polypyrrole nanowire aerogels | |
| Taghavi et al. | A Novel Soft Metal‐Polymer Composite for Multidirectional Pressure Energy Harvesting | |
| Hu et al. | Design and construction of deformable heaters: materials, structure, and applications | |
| Zhang et al. | Intrinsically stretchable conductors and interconnects for electronic applications | |
| CN101626639A (zh) | 面热源 | |
| JPS63253603A (ja) | 電気抵抗体およびその製造方法 | |
| KR102142350B1 (ko) | 형상 가변 복합재 및 이의 제조방법 | |
| JP5560354B2 (ja) | 線熱源 | |
| CN101636005A (zh) | 面热源 | |
| TWI441366B (zh) | 電致動材料及電致動元件 | |
| JP5619468B2 (ja) | 線熱源 | |
| CN105355776A (zh) | 电致动材料及其制备方法和采用该电致动材料的致动器 | |
| Zhou et al. | Programmable and Weldable Superelastic EGaIn/TPU Composite Fiber by Wet Spinning for Flexible Electronics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |